【瑞竣電子報】No.0149 Web 3D GIS的技術與抉擇 (一)?

2017/09/05 | 電子報No.0149期 | Ed 張志誠

Web 3D GIS 是這幾年GIS界很夯的話題,目前3D技術上最好的還是Google Earth (Google Maps 3D),當然Apple Maps的表現也相當不錯,兩者除了擁有豐富的3D程式資料外,搭配上自家的網路平台,讓真實三維城市在串流技術下擁有令人驚艷的表現。反觀我們經常使用的GIS軟體似乎在效能和方便性跟前述兩家有一段的差距,上個月幾位同仁赴美參加ESRI UC會議,得到了不少3D的資訊,讓我來跟各位分享。

Web 3D GIS – 台北市 Vricon

Web 3D GIS – 法國馬賽 Vricon

GIS要能夠有好的應用最重要的關鍵就是資料,3D GIS也是一樣,以往僅使用DEM來呈現山勢起伏的應用已經不敷使用,現在各縣市政府積極製作三維城市的模型,朝向城市3D GIS的目標。3D資料儲存的方式很多,包含知名的Collada及KML等方式,只要對應到正確的單機軟體大多可以開啟,但如果要發佈到網際網路上,除了考量使用者不願意安裝軟體及額外Plug in 之外,效能更是令人關注的焦點。
由於3D資料檔案較大,若採用檔案傳輸的方式經常會受限於頻寬,因此如何將3D資料透過金字塔的方式,在不同的比例尺下提供不同精緻度的資料是比較好的解決方案,在大比例尺時提供高解析的3D成果,而小比例尺時僅呈現大概形狀並降低材質細緻度,讓傳輸的檔案小運作快,這也是目前Google Earth在技術上領先的重要關鍵。
目前有兩家軟體公司正在發展資料壓縮與串流技術並已經提交OGC作為未來的公開標準,一個是ESRI公司的i3S格式,另外則是Cesium公司所提出的3D Tiles方式,兩者目前都是OGC在3D技術上的候選名單,最後誰會勝出我們無法預料。瑞竣科技接觸i3S有段時間了,就來向大家說明一下。

CESIUM 3D Tiles in Github

ESRI 3S in Github

首先,i3S (Indexed 3D Scene)是個概念,它是一個媒介體,讓2D和3D的資料得以整合成一個場景(Web Scene),透過網路串流的方式提供瀏覽器讀取或是儲存成為檔案提供單機端讀取,i3S採用LOD的概念,在不同比例尺下針對資料做了結構的優化(也可稱簡化),其資料的組成是採用JSON並搭配REST方式提供服務讀取,這部分的技術內容就不再多做說明。

這樣的技術最終還是需要一個儲存的格式,就像是我們常聽到的Map Tiles 其儲存的方式為JPG或PNG,Vector Tiles 則是有四個資料夾儲存(Fonts,Info,Sprites,Styles ) ,而在i3S部分其儲存的格式為SPK(SLPK,Scene Layer Package),只要能夠將你的3D資料轉換成這個檔案格式,就能夠透過ESRI的ArcGIS Enterprise(之前稱為ArcGIS Server)發佈,提供給ArcGIS Pro、ArcGIS Earth或瀏覽器直接讀取。

目前支援i3S的公司有Vricon、Pix4D及Bentley(Integrated Meshes資料型態),瑞竣科技為Vricon台灣唯一代理商也取得其SPK檔案,並透過ArcGIS Server發佈縣市等級的3D成果,向大範圍3D串流技術邁進了一步,不過這樣的成果仍有幾個議題待克服。

i3S 的LOD階層式架構

  • 串流的技術還需要優化,在LOD的預處理及視角的資料呈現上仍有改善的空間
  • 頻寬是個重要的議題,3D資料檔案大就得要搭配一定的頻寬,以提升展示的效能
  • WebGL無法支援所有的瀏覽器,此外使用者桌機的顯示卡要有一定的支援力
  • 目前中解析度的Vricon和高解度的Pix4D仍不能混合使用,靜待ESRI可以提出Scene Layer轉換的API
  • 既有的KML精緻建物仍沒有工具可以轉換成SPK格式(ESRI目前仍沒有此一計畫)
  • SPK資料優化的取捨影響呈現品質,簡化越多可以讓效能更好但呈現上卻不夠銳利

現階段兩個格式都在爭取OGC的認同,不過ESRI夾帶著與合作夥伴的支援,已有多家資料產製廠商的配合,而3D Tiles則是希望透過開發轉檔程式的理念,讓既有的3D資料轉換成3D Tiles,最後會朝哪個方式發展就讓我們繼續觀察吧。不論結果如何,這兩種格式都是公開的技術,也都期待有廠商或開發者能夠撰寫讀取或編輯該格式的軟體,甚至可以發佈成服務提供給App或瀏覽器取用,往好的方向看是管理者將可以不用依賴付費軟體來達成3D GIS的發佈,這也是大家所樂見的。目前瑞竣科技也取得了Vricon的3D Tiles的測試檔案,過陣子也會跟各位分享測試結果,若您對於瑞竣科技所代理的Vricon 3D 場景資料有興趣,歡迎與我們業務同仁聯繫。

 

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